Даташит vdr10d471k pdf ( datasheet )

Обозначение на схеме и варианты подключения варистора

На схемах варистор обычно обозначается, как обычный резистор, но с добавлением буквы U рядом с наклонной чертой. Эта черта и указывает в схемах на то, что данный элемент имеет зависимость сопротивления от напряжения в цепи. Также на электрической схеме этот элемент маркируется двумя буквами R и U с добавлением порядкового номера (RU1, RU2 … и т.д.).

Существует большое количество вариантов подключения варисторов, но общее для всех способов – это то, что данный компонент подключается параллельно цепи питания. Поэтому при отсутствии опасных значений импульсов напряжения, ток, который протекает через варистор имеет малую величину (ввиду больших значений сопротивления) и никак не влияет на работоспособность системы. При возникновении перенапряжения, варистор изменяет сопротивление до малых величин, нагрузка шунтируется, и поглощенная энергия рассеивается в окружающее пространство.

Главные свойства

В общем виде речь идет о своеобразном шунте, замыкающем на себе энергию, которая в избытке образуется при повышенном напряжении. Материал изготовления обычно служит оксид цинка или распространенный вариант с карбидом кремния. Для последнего характерны более низкая нелинейность характеристик. Элементы низковольтного типа функционируют в таком диапазоне – 2-200 В. А вот высоковольтные аналоги применяются при параметрах напряжения до 20 000 В.

Несмотря на внешнюю схожесть по своей внутренней конструкции варистор кардинально отличается от конденсатора.

На схеме обозначены следующие компоненты:

• А – паре электродов, имеющих форму диска;
• В – расположенные внутри кристаллы оксида цинка;
• С – изготовленная на основе эпоксидов полупроводниковая оболочка;
• D – изолятор из керамического материала;
• Е – рабочие выводы.

Порог срабатывания элемента напрямую зависит от содержания в его изоляционном керамическом слое оксида цинка. Параметры сопротивления при переходе напряжения за допустимый порог мгновенно снижаются. При этом показатели тока повышаются. Образующуюся в этот период тепловая энергия рассеивается в окружающем воздухе.

Краткосрочные скачки напряжения благодаря такому принципу действия не станут причиной выхода из строя бытовой техники. При значительном по времени импульсе возможно перегревание с последующим разрушением варистора. За несколько долей секунды в большинстве случаев успевает сработать предохранитель из плавкого материала.

Изложенная информация подтверждает необходимость, после каждой замены предохранителя, выполнять визуальный осмотр и тестирование с помощью мультиметра находящегося в составе схемы варистора. Небольшие дефекты в элементе при последующей эксплуатации приводят к поломке электронного устройства.

Необходимость защиты электроустановок

Изоляция в каждой электроустановке должна находиться в соответствии в ее номинальным напряжением. Как правило, ко всем установкам прикладывается рабочее напряжение, несколько отличающееся от номинального. В таких случаях надежность работы может гарантироваться только тогда, когда эта разница не выходит за определенные установленные рамки максимального значения рабочего напряжения.

Во многих случаях, электрооборудование выходит из строя, когда в сети появляются импульсы напряжения. Они проявляются в виде резкого изменения напряжения в какой-либо точке, после чего, оно восстанавливается до первоначального уровня. Такие скачки происходят за очень короткий промежуток времени. Импульсы, появляющиеся в электросетях, могут быть грозовыми или коммутационными. Этим и объясняется необходимость надежной защиты всех электрических устройств.

ВАХ, схема замещения и параметры варисторов

Обычно ВАХ варисторов в документации изображают в логарифмическом масштабе (рисунок 4). При этом на ней можно отметить три характерных области: область токов утечки, область нормальной работы и критическая область. В области токов утечки характеристика имеет линейный вид, а изменение напряжения в широких пределах слабо влияет на величину тока. В области нормальной работы происходит открытие варистора: даже незначительное увеличение напряжения приводит к изменению тока на несколько порядков. Критическая область характеризует работу варистора на пределе его возможностей.

Рис. 4. ВАХ варистора в логарифмическом масштабе

Для того чтобы воспроизвести ВАХ варистора, можно использовать упрощенную схему замещения (рисунок 5). Roff имеет большое сопротивление (сотни МОм) и характеризует сопротивление варистора в режиме малых токов (область токов утечки). Roff достаточно сильно зависит от температуры, поэтому в этой области также явно проявляется температурная зависимость тока утечки. Rx – переменное нелинейное сопротивление с диапазоном значений 0…∞ Ом. В режиме малых токов величиной Rx можно пренебречь, зато в режиме ограничения это сопротивление шунтирует Roff и, по сути, определяет сопротивление варистора. Сопротивление Ron характеризует сопротивление варистора при максимальных токах в критических режимах работы. Индуктивность L характеризует паразитную индуктивность выводов. Паразитная емкость С наравне с паразитной индуктивностью определяет динамические свойства варисторов.

Рис. 5. Эквивалентная схема замещения варистора

Собственные динамические свойства варистора оказываются замечательными. Например, на рисунке 6 представлены диаграммы импульса напряжения на нагрузке без варистора и с параллельно включенным варистором. Скорость срабатывания варистора столь высока, что он практически без задержки реагирует на перенапряжение фронтом всего 500 пс. К сожалению, в данном случае в качестве варистора выступает пластина ZnO, подключенная напрямую к коаксиальной линии. В реальности выводные варисторы имеют огромную паразитную индуктивность, которая практически полностью сводит на нет реальное быстродействие ZnO.

Рис. 6. Собственное быстродействие варистора очень высоко

Паразитная индуктивность вносит задержку, которая выражается в небольшом начальном перенапряжении. Чем выше скорость нарастания импульса, тем выше перенапряжение. На рисунке 7 демонстрируется увеличение напряжения включения варистора при увеличении скорости нарастания импульса.

Рис. 7. Напряжение включения варистора зависит от формы импульса

Варисторы имеют значительную паразитную емкость, которая негативно влияет на работу быстродействующих цепей. Это одна из причин, по которой варисторы не используют для защиты сигнальных линий высокочастотных интерфейсов. Очевидно, что чем больше диаметр диска варистора, тем больше будет его паразитная емкость.

Еще одним важным параметром варисторов является ток утечки. Во многих приложениях, например, в измерительных схемах, высокий ток утечки может существенно ухудшить метрологические характеристики. Кроме того, ток утечки негативно сказывается на общем потреблении схемы, что критично для малопотребляющих устройств.

При выборе варисторов необходимо учитывать различные температурные зависимости. Мы уже отмечали, что в области токов утечки наблюдается сильная зависимость сопротивления варистора от температуры. Кроме того, следует помнить о дерейтинге – уменьшении предельной рассеиваемой мощности при увеличении температуры окружающей среды (рисунок 8).

Рис. 8. Снижение предельной рассеиваемой мощности при увеличении температуры (дерейтинг)

Одним из крупнейших производителей варисторов является компания Littelfuse. Рассмотрим номенклатуру варисторов производства этой компании подробнее.

Виды варисторов

По внешнему виду бывают:

• пленочные;
• в виде таблеток;
• стержневой;
• дисковый.

Стержневые могут снабжаться подвижным контактом. Выглядеть они будут соответственно названию. Кроме того, бывают низковольтные, 3—200 В и высоковольтные 20 кВ. У первых ток колеблется в пределах 0,0001—1 А. На обозначение по схеме это никак не влияет. В радиоаппаратуре, конечно, применяют низковольтные.

Чтобы проверить работоспособность варистора необходимо обратить внимание на внешний вид. Его можно найти на входе схемы (где подводится питание)

Так как через него проходит очень большой ток — по сравнению с защищаемой схемой — это, как правило, сказывается на его корпусе (сколы, обгоревшие места, потемнение лакового покрытия). А также на самой плате: в месте пайки могут отслаиваться монтажные дорожки, потемнение платы. В этом случае его необходимо заменить.

Однако, даже если нет видимых признаков, варистор может быть неисправным. Чтобы проверить его исправность придется отпаять один его вывод, в противном случае будем проверять саму схему. Для прозвонки обычно используется мультиметр (хотя можно, конечно, и мегомметр попробовать, только необходимо учитывать напряжение, которое он создает, чтобы не спалить варистор). Прозвонить его несложно, подключение производится к контактам и измеряется его сопротивление. Тестер ставим на максимально возможный предел и смотрим, чтобы значение было не меньше несколько сотен Мом, при условии, что напряжение мультиметра не превышает напряжение срабатывания варистора.

Впрочем, бесконечно большое сопротивление, при условии, что омметр довольно мощный (если можно это слово использовать), это также говорит о неисправности. При проверке полупроводника необходимо помнить что это всё-таки проводник и он должен показать сопротивление, в противном случае мы имеем полностью сгоревшую деталь.

Результат ремонта

Заменив предохранитель, и установив варистор с донора, блок питания был собран, и протестирован.

Если при ремонте кондиционера вы обнаружили на плате сгоревший предохранитель не спешите его тут же менять, вначале выясните причину по которой он сгорел.

Скорее всего это произошло из-за скачков напряжения в сети.

При измерении в сети напряжение питания оно постоянно колеблется,причём не всегда в пределах безопасных для кондиционеров.

Плюс к этому в сети всегда присутствуют короткие импульсы напряжением в несколько киловольт. Происходит это из-за постоянного отключения и включения индуктивной и ёмкостной нагрузки (электродвигатели,трансформаторы и т. д.), а также из-за атмосферного электричества.

Кондиционеры, как и любую другую электронную технику защищают на этот случай варисторами. Точнее электронную начинку кондиционера-плату управления.

Преимущества и недостатки варисторов

Важными преимуществами нелинейного резистора (варистора) является его стабильная и надежная работа с высокими частотами и большими нагрузками. Он применяется во многих устройствах, работающих с напряжениями от 3 В до 20 кВ, относительно прост и дешёв в производстве и эффективен в эксплуатации. Дополнительными важными преимуществами являются:

• высокая скорость срабатывания (наносекунды);
• длительный срок службы;
• возможность отслеживания перепадов напряжения (безынерционный метод).

Несмотря на то, что данный электронный компонент имеет достаточно много преимуществ, он имеет и недостатки, которые влияют на его применение в различных системах. К ним можно отнести:

• низкочастотный шум при работе;
• старение компонента (утрата параметров со временем);
• большая емкость: зависит от напряжения и типа элемента, находится в диапазоне от 70 до 3200 пФ и влияет на работоспособность устройства;
• при максимальных значениях напряжения мощность не рассеивается – значительно перегревается и выходит из строя при длительных максимальных значениях напряжения.

Применение варистора

Варисторы применяются в большинстве бытовой электроники по всему миру. Их можно встретить практически в любой электронике. Они есть и в автомобильной электронике, в сотовой технике и бытовой, сетевых фильтрах и компьютерном железе.
Кстати говоря, хороший блок питания, от китайского отличается наличием варистора у первого. Поэтому, хороший блок питания куда более живуч и ремонтопригоден.

Варистор в блоке питания

Умельцы, при сборе своих подделок из светодиодных ламп также используют варисторы. А особые умельцы умудряются размещать их в розетках и вилках. Что только не придумаешь для обеспечения защиты своей электроники, если в доме проблема со скачками напряжения.
Сфера их применения обширна. Это могут быть и установки с напряжением 20кВ и с напряжением в 3В. Это может быть сеть с переменным током, а может быть и с постоянным. Воистину, варисторы можно встретить практически везде.

Так какие же варистор характеристики имеет?

Как правило, для описания варистора используют вот такие параметры:

Максимальная энергия в Джоулях, которую может поглотить варистор за один импульс. Обозначается W.
Максимальное значение импульсного тока, при 8/20мс. Обозначается как Iрр.
Среднее квадратичное значение переменного напряжения в цепи. Обозначается как Um.
Предельное напряжение при постоянном токе. Обозначается как Um=.
Для приблизительных расчетов рабочего напряжения советуем использовать значение Un не больше 0,6 с переменным током и 0,8 с постоянным.

В сетях 220В используют варисторы с минимальным классификационным напряжением (Un) от 380 до 430 В.
Не следует забывать и о емкости варистора при подборе. Как правило, она зависит от размера варистора. Так, варистор TVR 20 431 имеет емкость 900пФ, а TVR 05 431 – 80 пФ. Эти величины всегда можно подглядеть в справочном материале.

На схемах варистор обозначается следующим образом

RU – это обозначение самого варистора. Цифра рядом с RU – номер по порядку. То есть, какое это по счету варистор в цепи. Буква U снизу слева у косой, проходящей через варистор, означает, что данный элемент имеет способность менять напряжение. Также, зачастую на схемах указывается маркировка варистора. О маркировке и её расшифровке мы поговорим ниже.

Так обозначают варистор на схемах

Недостатки

Однако, наряду с большим количеством преимуществ перед другими приборами прибор имеет также и некоторые недостатки. Среди них можно назвать такие моменты, как:

1. Большой размер собственной емкости, вносимой в электрическую цепь. В зависимости от технических характеристик варистора – его конструкции, вида и максимально допустимого уровня напряжения данный показатель может равняться от 80 до 3000 пФ. Однако следует отметить, что в некоторых случаях большой объем вносимой в систему емкости может и сыграть на руку и превратиться в достаточно весомое достоинство. Например, при использовании тиристора в разнообразных фильтрах. В данной ситуации емкость будет ограничивать уровень напряжения в цепи.
2. Разрядники обладают более высоким показателем предельно допустимой способности рассеивать мощность, нежели варистор. Некоторые производители для увеличения данного показателя существенно увеличивают размеры выпускаемых варисторов. Что следует помнить при установке варистора? В том случае, если вам необходимо включить варистор в самодельную систему, следует знать о некоторых важных моментах.

Во-первых, всегда нужно помнить, что иногда могут наступать так называемые критические условия – они с большой долей вероятности могут привести к взрыву устройства. Для предотвращения взрыва предназначены специальные устройства – защитные экраны. В них помещается вся конструкция варистора.

Во-вторых, следует не забывать, что кремневые варисторы по своим техническим характеристикам значительно уступают оксидным. Поэтому наиболее оптимальным вариантом является приобретение именно оксидного варистора.

Принцип действия, обозначение на схеме, варианты применения

Внешне варистор очень похож на конденсатор, но его внутреннее устройство, как видно из рисунка 3, совершенное иное.

Рисунок 3. Конструкция варистора (1) и его обозначение на схемах (2)

Обозначения:

• А – два металлических электрода в форме диска;
• В – вкрапления оксида цинка (размер кристаллов не соблюден);
• С – оболочка полупроводника, сделанная на основе синтетических отвердителей (эпоксидов);
• D – керамический изолятор;
• Е – выводы.

Помимо конструкции, на рисунке 3 показано обозначение элемента на принципиальных схемах (2).

Содержание оксида цинка в керамическом изоляционном слое определяет порог срабатывания варистора, как только напряжение станет выше допустимого, сопротивление резко снижается и проходящий через полупроводник ток увеличивается. Вырабатывающаяся в результате этого процесса тепловая энергия рассеивается в воздухе.

Маркировка, основные характеристики и параметры

Каждый производитель варисторов маркирует свой продукт определенным образом, поэтому существует достаточно большое количество вариантов обозначений и их расшифровок. Наиболее распространенным российским варистором является К275, а популярными компонентами иностранного производства являются 7n471k, kl472m и другие.

Расшифровать обозначение варистора CNR-10d751k можно следующим образом: CNR – металлооксидный варистор; d – означает, что компонент в форме диска; 10 – это диаметр диска; 751 –напряжение срабатывания для данного устройства (расчёт происходит путём умножения первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 75 умножаем на 10 в первой степени получатся 750 В); k – допустимое отклонение номинального напряжения, которое равно 10 % в любую сторону (l – 15%, M – 20%, P – 25 %).

  Как выбрать пуско-зарядное устройство для аккумулятора автомобиля?

Основными характеристиками варисторов являются следующие параметры:

Классификационное напряжение – напряжение при определенных значениях тока, протекающего через варистор (обычно данное значение составляет 1 мА). Этот параметр является условным и не влияет на выбор устройства;

Максимально допустимое напряжение – диапазон напряжения (среднеквадратичное или действующее значение), при котором варистор начинает понижать свое сопротивление;

Максимальная энергия поглощения – характеристика, показывающая значение энергии, которую варистор рассеивает и не выходит из строя при воздействии одиночного импульса (измеряется в Джоулях);

Максимальный импульсный ток – нормирует время нарастания и длительность действия импульса тока (измеряется в Амперах);

Ёмкость – очень важный параметр, который измеряется при закрытом состоянии и заданной частоте (падает до нуля, если к варистору приложен большой ток);

Допустимое отклонение – отклонение от номинальной разности потенциалов в обе стороны (указывается в процентах).

Время срабатывания – промежуток времени, за который варистор переходит из закрытого состояния в открытое (обычно несколько десятков наносекунд).

Основные виды SMD компонентов

Давайте рассмотрим основные SMD элементы, используемые в наших современных устройствах. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности с малым номиналом, предохранители, диоды  и другие компоненты выглядят как обычные маленькие прямоугольники, а точнее, параллелепипеды))

На платах без схемы невозможно узнать, то ли это резистор, то ли конденсатор то ли вообще катушка. Китайцы метят как хотят. На крупных SMD элементах все-таки ставят код или цифры, чтобы определить их принадлежность и номинал.  На фото ниже в красном прямоугольнике помечены эти элементы. Без схемы невозможно сказать, к какому типу радиоэлементов они относятся, а также их номинал.

Типоразмеры SMD компонентов могут быть разные. Вот здесь есть описание типоразмеров для резисторов и конденсаторов. Вот, например, прямоугольный SMD конденсатор желтого цвета. Еще их называют танталовыми или просто танталами:

А вот  так выглядят SMD транзисторы:

Есть еще и такие виды SMD транзисторов:

Катушки индуктивности, которые обладают большим номиналом, в SMD исполнении выглядят вот так:

Ну и конечно, как же без микросхем в наш век микроэлектроники! Существует очень много SMD типов корпусов микросхем, но я их делю  в основном на две группы:

1) Микросхемы, у которых выводы параллельны печатной плате и находятся с двух сторон или по периметру.

2) Микросхемы, у которых выводы находятся под самой микросхемой. Это особый класс микросхем, называется BGA (от английского  Ball grid array  – массив из шариков). Выводы таких микросхем представляют из себя простые припойные шарики одинаковой величины.

На фото ниже BGA микросхема и обратная  ее сторона, состоящая из шариковых выводов.

Микросхемы BGA удобны производителям тем, что они очень сильно экономят место на печатной плате, потому что таких шариков под какой-нибудь микросхемой BGA могут быть тысячи. Это значительно облегчает жизнь производителям, но нисколько не облегчает жизнь ремонтникам.

Информация о варисторах

Для новичков, немного расскажу о варисторах. Варистор — это такой тип резисторов, которые меняют свое сопротивление, в зависимости от напряжения, которое к них подается.

Покажу на примере.

Схема работы варистора при нормальном напряжении

Предположим, что в схеме установлен варистор, к примеру который начинает срабатывать от 270 вольт. Пока напряжение ниже данного значения, сопротивление варистора слишком велико, и напряжение свободно питает плату, минуя варистор.

Схема, как отрабатывает варистор при завышенном напряжении

При подаче около 300 вольт, сопротивление варистора резко уменьшается, после чего он начинает принимать всю нагрузку на себя. При этом, завышенное напряжение не попадает на схему, в чем и проявляется эффект защиты платы.

Когда варистор срабатывает, то вся нагрузка передается на предохранитель, после чего тот сгорает, и спасает плату от дальнейших перегрузок.

Так и случилось в моем примере. Варистор сгорел, чем спас плату блока пттания. Номинал варистора в моей плате был TVR10431. Это варистор, классификационное напряжение которого является 430 вольт. По даташиту, данный варистор начинает срабатывать при напряжении 270 вольт переменного тока.

Главные свойства

В общем виде речь идет о своеобразном шунте, замыкающем на себе энергию, которая в избытке образуется при повышенном напряжении. Материал изготовления обычно служит оксид цинка или распространенный вариант с карбидом кремния. Для последнего характерны более низкая нелинейность характеристик. Элементы низковольтного типа функционируют в таком диапазоне – 2-200 В. А вот высоковольтные аналоги применяются при параметрах напряжения до 20 000 В.

Несмотря на внешнюю схожесть по своей внутренней конструкции варистор кардинально отличается от конденсатора.

На схеме обозначены следующие компоненты:

• А – паре электродов, имеющих форму диска;
• В – расположенные внутри кристаллы оксида цинка;
• С – изготовленная на основе эпоксидов полупроводниковая оболочка;
• D – изолятор из керамического материала;
• Е – рабочие выводы.

Порог срабатывания элемента напрямую зависит от содержания в его изоляционном керамическом слое оксида цинка. Параметры сопротивления при переходе напряжения за допустимый порог мгновенно снижаются. При этом показатели тока повышаются. Образующуюся в этот период тепловая энергия рассеивается в окружающем воздухе.

Краткосрочные скачки напряжения благодаря такому принципу действия не станут причиной выхода из строя бытовой техники. При значительном по времени импульсе возможно перегревание с последующим разрушением варистора. За несколько долей секунды в большинстве случаев успевает сработать предохранитель из плавкого материала.

Изложенная информация подтверждает необходимость, после каждой замены предохранителя, выполнять визуальный осмотр и тестирование с помощью мультиметра находящегося в составе схемы варистора. Небольшие дефекты в элементе при последующей эксплуатации приводят к поломке электронного устройства.

Плюсы использования варистора

Варистор – он как автомат калашникова. Прост, надежен, дешев. И распространен повсеместно. Он всегда сработает и не подведет. Область его применения огромна. Как мы выше писали от 20кВ до 3В. Ну и про время срабатывания забывать не стоит. 25нс у среднего варистора – весьма неплохо. А есть экземпляры, со скоростью срабатывания ниже 0,5 не.

Но, как и у всего в этом мире, у варистора есть и недостатки.
К таковым относится низкочастотных шум во время работы, большая емкость варистора (от 70 до 3000 пФ) и склонность материалов варистора к устареванию.
Плюсы варистора превалируют над минусами. Именно поэтому он получил столь широкое распространение. Как и автомат калашникова.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине